Blauwe lasers voor geautomatiseerd organisch wieden met laser
Blauwe Laserprecisie voor Duurzame Landbouw
De steeds groeiende wereldbevolking drijft de behoefte aan intensieve voedselproductie aan. Een van de factoren die de tuinbouwopbrengst beperken is ineffectieve onkruidbestrijding en hoewel er veel gebruikte methoden zijn, zijn dit niet noodzakelijkerwijs de beste oplossingen. De wijdverspreide chemische onkruidverwijderingsmethoden geven aanleiding tot bezorgdheid over de voedselveiligheid en het milieu, terwijl fysieke onkruidbestrijding de gewasopbrengst kan verlagen door de planten of andere organismen die er gunstig voor zijn te beschadigen.
Dit is waar lasers om de hoek komen kijken. In de afgelopen decennia heeft onderzoek aangetoond dat laserbehandeling effectief kan worden ingezet om onkruid te doden. En dankzij de recente ontwikkelingen op het gebied van AI-machine vision en robotica wordt laseronkruid wieden een uiterst precieze, organische, sterk geautomatiseerde en kosteneffectieve methode.
Maar deze technologie is nog vrij nieuw en heeft dus ook nadelen. De meeste komen voort uit het gebruik van CO2 lasers, die afhankelijk zijn van het verhitten van het onkruid om de cellen te beschadigen. Hiervoor zijn hoge optische vermogens nodig en de resulterende hitte kan een negatieve invloed hebben op het gewas. Om deze hoge vermogens te bereiken, hebben CO2 lasers bovendien veel energie nodig vanwege hun vrij lage efficiëntie, en dit vereist het gebruik van hoogspanningsgeneratoren.
De landbouwomgeving is vaak dor en heeft veel droge plantendelen, wat in combinatie met de hoge spanning het brandgevaar vergroot. Hoge energie betekent ook dat er veel warmte moet worden afgevoerd, dus CO2-lasers vereisen meestal het gebruik van waterkoelmodules. Dit, samen met de grote afmetingen van CO2 lasers, maakt het systeem vrij omvangrijk en zwaar. Al deze nadelen tonen aan dat er voor deze taak een geschikter type laser moet worden gekozen.
Dit is waar de state-of-the-art blauwe lasertechnologie om de hoek komt kijken.
Onze missie
Wij geloven dat het succes van onze klanten ons succes is. Daarom ontwikkelen we geen AI-systemen - we zijn gespecialiseerd in het bouwen van betrouwbare laserhardware met hoge prestaties. We hebben ons altijd gericht op kwaliteit, precisie en vertrouwen op lange termijn. Met uitgebreide ervaring in het veld en partnerschappen met meer dan 7 integrators leveren we echte, geteste oplossingen die werken in de landbouw - niet alleen in theorie.
Bij Opt Lasers verkopen we niet alleen componenten - we co-creëren uw wiersysteem. Onze gepatenteerde technologie, bewezen integratieondersteuning en directe samenwerking met fabrikanten maken van ons meer dan een leverancier. Wij zijn uw ontwikkelingspartner.
Of je nu een robotwiedmachine, autonoom platform of next-gen agri-tech oplossing bouwt - wij helpen je om het veldklaar te maken.
Bewezen prestaties in echte landbouwomstandigheden
Onze blauwe diodelasersystemen zijn niet alleen getest in het lab - ze zijn actief getest en ingezet in het veld door meer dan 7 integratiepartners in heel Europa. Van droge omgevingen tot groenteteeltbedrijven met een hoge dichtheid, onze technologie heeft consequent een nauwkeurige, efficiënte en veilige onkruidbestrijding geleverd.
Elke partner heeft geholpen om onze systemen te valideren en te verfijnen door ze in de praktijk te gebruiken. We werken voortdurend samen aan de ontwikkeling van nieuwe generaties lasermodules, met volledig aanpasbare configuraties op maat van uw toepassing - of het nu gaat om het verhogen van de snelheid, het verbeteren van de onkruidverdelgingssnelheid of het verminderen van de onderhoudsoverhead.
Ons engineeringteam werkt rechtstreeks samen met OEM's en automatiseringsbedrijven en geeft niet alleen advies over het lasersysteem, maar ook over het optimaliseren van de machine zelf - van koellay-out tot scanhoeken en besturingssignalen. We ondersteunen onze partners bij elke stap van de productontwikkeling, van proof of concept tot commerciële lancering.
Lasertechnologieën vergeleken - Blauw vs IR vs CO₂
Onderstaande tabel toont een vergelijking van verschillende golflengtes die worden gebruikt voor laseronkruidbestrijding. Waarden geschaald naar 320W optisch uitgangsvermogen, vloeistofkoeling toegepast en originele waarden zijn overgenomen uit bestaande productspecificaties:
| Functie | 450 nm Blauw (het systeem van morgen) | 2000 nm IR | 10600 nm CO₂ |
|---|---|---|---|
| Efficiëntie (Wandcontactdoos AC) | 19% | 12.3% | 11.2% |
| Optisch uitgangsvermogen | 320 W | 320 W | 320 W |
| Totaal opgenomen vermogen systeem (incl. koeling) |
1700 W | 2600 W | 2870 W |
| Gewicht (laser + elektronica) | 14 kg | 48 kg | 18 kg |
| Gewicht met koeling en behuizing | 44 kg | 88 kg | 118 kg |
| CO₂-uitstoot per 100 uur gebruik (700 g CO₂/kWh) |
119 kg | 182 kg | 200 kg |
| Doorlaatpercentage voor 1 mm waterlaag | 99.99% | 36.79% | 0% |
| Volume laserbron | 11 dm³ | 270 dm³ | 155 dm³ |
| Prijs per Watt | 37,5 EUR/W | 100 EUR/W | 20-50 EUR/W |
Met zijn ongeëvenaarde transmissie door water, hoge efficiëntie, lage gewicht en lagere milieu-impact is blauwe lasertechnologie de toekomst voor veilig en schaalbaar laseronkruiden.
Vergelijking en uitleg van elektrische efficiëntie
De efficiëntie van een lasersysteem is cruciaal voor het minimaliseren van het energieverbruik, het verlagen van de operationele kosten en het garanderen van betrouwbare prestaties in veldtoepassingen. Hier volgt een vergelijking van de elektrische efficiëntie tussen 2000 nm IR, CO₂ en 450 nm blauwe lasersystemen:
2000 nm IR lasers: Een 200 W IR laser trekt doorgaans 1200 W elektrisch vermogen, wat een laserrendement oplevert van 17%. Er is echter ook een waterkoeler nodig die geschikt is voor 1700 W warmteafvoer en 600 W input verbruikt. Gecorrigeerd voor de koelbelasting (424 W) wordt de uiteindelijke systeemefficiëntie 12,3%.
CO₂-lasers: Een 130W CO₂-laserbuis met bijbehorende voeding verbruikt 860W. Dezelfde 1700W koelmachine draagt nog eens 303W bij (gebaseerd op proportionele belasting). De resulterende totale efficiëntie daalt tot 11,2%.
450 nm blauwe lasers (het systeem van morgen): Een 120 W blauwe laser trekt 356 W, gebruikt 95% efficiënte drivers en 62 W luchtkoeling. Dit resulteert in 120 / (356 / 0,95 + 62) ≈ 26,7%. Bij gebruik van een 48V voeding met 91% efficiëntie wordt de totale systeemefficiëntie 24,3%. Voor 320W configuraties met vloeistofkoeling kan de efficiëntie dalen tot ongeveer 19%, met een totaal systeemvermogen van 1800W.
Tomorrow's System bereikt deze hoge waarden door eigen ontwerp van zowel laserbronnen als speciale drivers. Veel kant-en-klare drivers werken daarentegen met een efficiëntie van slechts 70-90%, wat de prestaties van het hele lasersysteem aanzienlijk verlaagt.
Waterabsorptie en bestralingsdosis - sleutelfactoren bij laseronkruiden
Waterabsorptie heeft een aanzienlijke invloed op de transmissie van laserlicht en de werkelijke energiedosis die onkruid ontvangt. Lasersystemen die op verschillende golflengtes werken, vertonen een enorm verschillend gedrag bij interactie met waterdruppels op plantenoppervlakken.
Transmissie door water: Voor een dunne laag water van 0,1 mm gaat blauw laserlicht bijna zonder verlies door(99,99%), terwijl IR-licht van 2000 nm daalt tot 90,48% en CO₂-laserlicht daalt tot bijna nul(0,004%). Zelfs een kleine hoeveelheid vocht kan CO₂ volledig blokkeren en 2000 nm laserstraling gedeeltelijk onderdrukken.
Met een waterlaag van 1 mm zijn de transmissiecoëfficiënten:
- Blauwe laser: 99,99%
- 2000 nm laser: 36.79%
- CO₂-laser: 0%
Impact op bestralingsdosis: In korte behandelingsvensters (50-100 ms) absorbeert een waterdruppel (5×5×1 mm³) de volledige CO₂-dosis en ongeveer 63% van de 2000 nm laserdosis. Voor de IR-laser verhoogt deze geabsorbeerde energie de temperatuur van de druppel van 20 °C tot koken met slechts 8,4 W, maar slechts 8-10% daarvan verdampt. Dit beperkt de hoeveelheid energie die daadwerkelijk het onkruid bereikt, waardoor de effectiviteit afneemt.
Ondergelopen of geïrrigeerde velden: In diepe waterlagen zoals rijstvelden (10 cm) zenden blauwe lasers nog steeds meer dan 99% van de energie naar het doel, terwijl 2000 nm en CO₂-lasers vrijwel geen energie leveren.
Deze analyse toont aan dat zelfs lichte regen of irrigatie de prestaties van IR- en CO₂-lasers aanzienlijk beïnvloedt, terwijl blauwe lasersystemen zeer effectief blijven in natte omgevingen.
Gewicht, afmetingen en hun invloed op integratie
Bij mobiele of veldgebaseerde lasersystemen hebben gewicht en fysieke afmetingen een grote invloed op integratie, mobiliteit en stroomverbruik. Blauwe lasers bieden duidelijke voordelen op beide gebieden:
Het totale gewicht van een 320 W blauw lasersysteem, inclusief koeling, wordt geschat op slechts 14 kg. Een 200W 2000 nm lasersysteem weegt daarentegen ongeveer 61 kg inclusief koeling en een typische CO₂ laseropstelling weegt ongeveer 48 kg. Dit betekent dat twee blauwe lasermodules samen nog steeds minder wegen dan een enkel 2000 nm of CO₂ lasersysteem.
Qua afmetingen zijn blauwe lasers uiterst compact. Een 320 W blauwe lasermodule meet niet meer dan 100×300×300 mm - minder dan 10 dm³. Ter vergelijking: een 2000 nm lasersysteem neemt meer dan 169 dm³ in beslag en een CO₂ lasersysteem 92-97 dm³. Bovendien zijn CO₂-lasers vaak opgebouwd uit fragiele glazen buizen van wel 165 cm lang, waardoor ze moeilijk te monteren of te beschermen zijn in mobiele omgevingen.
Blauwe lasers zijn dus meer dan 12 keer kleiner dan IR-lasers van 2000 nm en meer dan 7 keer kleiner dan CO₂-lasersystemen. Deze compacte afmetingen maken montage op lichtgewicht landbouwvoertuigen of robotarmen mogelijk, waardoor de flexibiliteit bij de inzet in het veld enorm toeneemt.
Precisie onkruidbestrijding met blauwe lasertechnologie
Onderzoek heeft aangetoond dat het effect van lasers op onkruid afhangt van het optisch vermogen, de belichtingstijd, de spotgrootte en vooral de lasergolflengte. Blauw licht staat erom bekend dat het sterk geabsorbeerd wordt door organisch materiaal en dat is het geval bij de meeste planten. Dit is te wijten aan chlorofyl dat gebruikt wordt in zuurstofrijke fotosynthese, en om precies te zijn, twee soorten chlorofyl: chlorofyl-a en chlorofyl-b. Als we naar het absorptiespectrum van deze beide pigmenten kijken, wordt duidelijk dat blauw licht hier goed bij past, met absorptiepieken op 430 nm (a-type) en 470 nm (b-type). Hierdoor zijn voor blauwe laseronkruidbestrijding lagere optische vermogens nodig om ongewenste planten effectief te verwijderen.
Maar het is niet alleen de absorptie waardoor blauwe lasers, en specifiek blauwe diodelasers, zeer geschikt zijn voor laseronkruidbestrijding. Blauwe diodelasersystemen zijn veel compacter in vergelijking met CO2-systemen, waardoor blauwe lasers gemakkelijk op verschillende machines kunnen worden geïnstalleerd en veel eenheden in serie kunnen worden gemonteerd. Met blauwe lasers kan een groter gebied in één keer worden bewerkt, wat de snelheid van het hele proces verhoogt.
Blauwe diodelasers zijn DC-systemen met een laag voltage, wat betekent dat ze veiliger zijn voor gebruik in droge omgevingen dan CO2-lasers en tegelijkertijd veiliger voor werknemers (aangezien CO2-lasers AC-spanning gebruiken). Blauwe laserdiodesystemen zijn licht en hebben geen waterkoeling nodig, wat een positieve invloed heeft op het brandstofverbruik van de voertuigen. De grootte van de laserspot is in hoge mate tunerbaar, zodat deze kan worden aangepast voor zeer nauwkeurige behandeling of voor gebruik op grote oppervlakken. Laserdiodes hebben ook een hoger rendement dan CO2-lasers, dus in combinatie met hun lange levensduur zijn ze een zeer kosteneffectieve oplossing.
Voordelen van blauwe diodelaser onkruidverdelging
- Golflengte wordt zeer goed geabsorbeerd door planten - geen behoefte aan extreem hoge optische vermogens
- Contactloze methode betekent geen fysieke schade
- Milieuvriendelijk
- Compact formaat en laag gewicht
- Kosteneffectief, vereist minimaal onderhoud
